Introduzione all'informatica: componenti, sistemi operativi e basi di dati, Appunti di Elementi di Informatica

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Maxy Guida 2

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Indice

Introduzione……………………………………..…… Pag 3

CAP I

Struttura dell’Elaboratore…………………………... Pag 4

CAP II

Linguaggi e Sistemi Operativi ..……………………... Pag 23

CAP III

Sistemi di Numerazione……………………………… Pag 27

CAP IV

Logica delle Proposizioni…………………………….. Pag 36

CAP V

Struttura dei Dati…………………………………….. Pag 41

CAP VI

L’Arte di Programmare……………………………... Pag 49

CAP VII

Le Basi di Dati………………………………………... Pag 65

CAP VIII

Virus Informatici…………………………………… Pag 95

Appendice A

Basi di HTML.…………...…………………………… Pag 99

Appendice B

Installare MySQL……………………………………. Pag 126

Appendice C

Manuale del Dos…………………………...………. Pag 128

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CAP I

STRUTTURA DELL’ELABORATORE

Introduzione

Quando andiamo in un negozio per comprare un computer, normalmente ci viene presentato un foglio di questo tipo:

TIPO DESCRIZIONE

CASE ATX MIDITOWER

M/B ASUS CUV4X FCPGA

CPU PENTIUM III 800

MEMORIE 128 DIMM 133MHZ

HD SAMSUNG 30GB ULTRA

SCHEDA VIDEO RIVA TNT2 32MB

CD-ROM CREATIVE 52X

FLOPPY 1,44 MB

MODEM 56K INTERNO

MULTIMEDIA SB CREATIVE 128 PCI

In fondo alla pagina del preventivo è presente di norma un prezzo che può andare dai due ai quattro milioni. Naturalmente ognuno di noi vorrebbe sapere per cosa sta spendendo quei soldi ma, per farlo, è necessario sapere che cosa è un processore, un hard disk e che differenza c’è tra una marca e l’altra, tra un modello e l’altro. Scopo di questo corso è proprio quello di farvi entrare in quella scatola misteriosa chiamata Personal Computer per poter capire meglio cosa l’informatica moderna può offrire.

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Massimiliano Teso

Un po’ di storia

La storia del computer, come lo conosciamo oggi, è relativamente breve. Il primo calcolatore venne infatti costruito durante la seconda guerra mondiale. Si chiamava ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator). Già molto tempo prima però l’uomo cercò di realizzare macchine in grado di fare calcoli in maniera automatica. Il primo esempio di questo tipo lo abbiamo con Leonardo Da Vinci il quale disegnò, ma non realizzò, un piccolo dispositivo in grado di fare calcoli. Fu realizzata successivamente dal dottor Roberto Guatelli dell’IBM nel 1968. La prima macchina calcolatrice funzionante fu inventata e realizzata da Blaise Pascal nel 1642 (all’età di 21 anni!) mentre la prima calcolatrice prodotta in grandi quantità fu quella di Thomas de Colmar nel 1820. Nel 1832 viene realizzato il Difference Engine, il primo calcolatore a programma memorizzato. La prima persona a concepire una macchina capace di computazionalità programmabile fu Ada Lovelace Byron che lavorò al progetto della Analytical Machine. Questo calcolatore avrebbe dovuto sostituirsi alla Difference Engine ma non venne mai realizzato praticamente. Il grande stimolo a costruire macchine in grado di fare calcoli ad alta velocità fu la guerra. Il primo computer, L’ENIAC, venne infatti realizzato in segreto durante la seconda guerra mondiale. Il mondo seppe di questa straordinaria macchina solamente nel 1946. Essa occupava un intero scantinato di un dipartimento dell’Università della Pennsylvania. La svolta decisiva alla struttura del computer moderno però venne con lo scienziato John Von Neuman il quale nel 1944 si interessò al progetto ENIAC. Egli elaborò lo schema teorico con le caratteristiche fondamentali e le modalità di funzionamento del computer moderno. Solo nel 1951 venne costruito il primo esemplare di computer commerciale, si chiamava UNIVAC I e costava un milione di dollari. Ne vennero vendute 48 unità. Il primo calcolatore dell’IBM uscì nel 1952 e ne furono venduti 19 esemplari. Naturalmente si trattava ancora di computer estremamente costosi, lenti e ingombranti. Nel 1965 uscì il PDP-8 della DEC, la prima macchina a basso costo (20.000 dollari!), detta minicalcolatore mentre solo nel 1971 la Intel inventò e commercializzò il primo microprocessore, il 4004. Nel 1977 l’Apple creò il primo personal computer ma solo nel 1981 l’IBM ebbe grande successo mettendo sul mercato il suo personal computer basato sul processore 80X86 della Intel. Iniziavano a crearsi i primi standard: i processori Intel e il sistema operativo Microsoft Ms-DOS. Da allora l’evoluzione dell’informatica è andata di pari passo con quella dell’elettronica. Sono usciti nuovi microprocessori, sempre più potenti: 80X88, 80X286, 80X386, 80X486 e il Pentium della Intel mentre altre case si sono tuffate in questo ricco business (come, ad esempio, l’AMD). Il software si è evoluto sempre di più e, per mantenere alte le prestazioni anche l’hardware si è

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Massimiliano Teso

Per svolgere tutto questo un computer deve svolgere una serie di azioni:

Ricevere dall’esterno le istruzioni, cioè il programma e i dati iniziali Memorizzare il programma Momorizzare i dati Elaborare i dati in base al programma Comunicare all’esterno i risultati ottenuti

La Macchina di Von Neumann

Lo schema a blocchi del computer ipotizzato da Von Neumann, detto anche macchina di Harvard , è questo:

Le linee grosse indicano il flusso dei dati, quelle tratteggiate i comandi di controllo. I dati vengono prelevati dal dispositivo di ingresso (input) e mandati all’unità di calcolo la quale preleva il programma dalla memoria di programma. Per svolgere il proprio lavoro l’unità di calcolo deve poter leggere e scrivere nella memoria dati ed è per questo che ci sono due frecce tra le due unità citate. Infine, una volta terminato il programma, l’unità di calcolo manda i suoi risultati al dispositivo di uscita (output). Il tutto deve naturalmente essere fatto sotto il controllo di un’altra struttura indipendente detta appunto unità di controllo. L’unità di calcolo e quella di controllo formano la CPU , ovvero Central Processing Unit (unità centrale di elaborazione).

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Il modello della macchina di Harvard risale al 1944. Da allora si sono fatti enormi progressi nell’elettronica e nell’informatica ma la base del calcolatore è fondamentalmente sempre la stessa. Nel 1945 Von Neumann propose un modello più efficiente e generale quando si rese conto che dati e programmi potevano risiedere nella stessa memoria

Principali componenti del computer

Mother Board (Scheda Madre): Supporto che permette la comunicazione tra CPU, Ram, dispositivi di input e output

CPU (spesso chiamata processore o microprocessore): Rappresenta il vero cuore del computer. I suoi componenti principale sono tre: i registri, l’unità aritmetico/logica (ALU) e l’unità di controllo. La CPU svolge semplici azioni in maniera sequenziale. La sua potenza sta nello svolgerne tante in modo molto veloce

Registri : Sono contenitori di valori utilizzati dalla CPU per memorizzare al suo interno dei dati. Altri registri sono utilizzati dall’ALU per fare calcoli come la somma o la comparazione. Ogni processore ne ha un certo numero e possono contenere un numero fisso di bit (8, 16, 32). Sono molto pochi ma rappresentano l’elemento di memorizzazione più veloce che ci sia in quanto integrato all’interno del processore.

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Dispositivi di Input e Output

Un computer senza periferiche non servirebbe a niente. Grazie ad esse è possibile immettere i dati e vedere i risultati delle elaborazioni del computer.

Input

Tastiera E’ il dispositivo di input più importante. Digitando su tasti è possibile scrivere un programma o immettere dati all’interno del computer. Mouse Questo dispositivo di input è costituito da una sfera di gomma che fa muovere due rotelline attraverso le quali il computer è in grado di sapere dove si trova l’indicatore del mouse.

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Scanner Grazie a un lettore ottico, questo dispositivo è in grado di immettere immagini all’interno del computer

Output

Monitor Questo dispositivo è basato su un tubo a raggi catodici che scrive l’immagine una riga alla volta dalle 30 alle 60 volte al secondo. Tale frequenza di rigenerazione o rinfresco (refresh) dell’immagine consente di vedere un’immagine stabile senza tremolii. La superficie dello schermo è composta da una matrice di elementi (detti pixel) che andranno a comporre la figura. Un monitor a colori ha tre matrici per i tre colori base: rosso, verde e blu (RGB con R=red, G=gree e B=Blue).

Stampante In questo caso le informazioni, invece di apparire su uno schermo, vengono stampate su fogli.

Memorie di Massa

Abbiamo visto che la RAM è una memoria volatile. E’ necessario quindi poter memorizzare programmi e dati in maniera permanente e sicura. Per questo scopo vengono utilizzate le memorie di massa che qui di seguito elenchiamo:

Hard Disk E’ formato da un blocco di dischi di materiale ferromagnetico simile a quello impiegato nelle audiocassette. Per leggere e scrivere dati si utilizzato delle testine legate a un braccio mobile. L’impiego di parti meccaniche come il braccio mobile e i motorini che fanno girare i dischi comporta tempi di accesso superiori rispetto a quelli delle memorie elettroniche (RAM) di fattori superiori a 100.000. I vari dischi si chiamano piatti: ogni piatto è diviso in tracce e ogni traccia in settori. La testina individua prima la traccia e poi deve aspettare che il settore giusto le passi sotto (per questo l’accesso è detto semicasuale)

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Approfondimento sulla RAM

Abbiamo visto che la Ram può essere schematizzata come un insieme di elementi, ciascuno dei quali contiene un bit di informazione. Questi elementi di memoria sono organizzati in una rete di collegamento a matrice bidimensionale che permette di individuare, tramite due decodificatori, la posizione di ciascuna cella e di scambiare il contenuto con l’esterno nelle operazioni di lettura e scrittura.

Dalla figura si vede come l’indirizzo, in questo caso di 12 bit, viene decodificato dai decodificatori di riga e di colonna sei bit alla volta, attivando quindi una sola delle 2 6 =64 linee e, conseguentemente, una sola delle 64X64=4096 celle di memoria. Poiché per rappresentare un numero o altro ente significativo sono necessari gruppi ordinati di più bit, le “celle di memoria” sono organizzate in configurazioni multiple, dette parole, la cui lunghezza è fissata una volta per tutte all’atto della costruzione della macchina (di solito 8, 16, 32 bit per parola).

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La parola è dunque l’unità minima di informazione che ha significato per la macchina: ogni dato o istruzione viene tradotto (“codificato”) usando una o più parole. All’interno della RAM le parole sono disposte sequenzialmente l’una all’altra e sono individuate in modo univoco da un “indirizzo”. Gli indirizzi sono organizzati in modo che, scelta una qualunque parola (“a caso”), il tempo di accesso sia sempre lo stesso, indipendentemente dalla posizione della parola. Proprio per questo la RAM è detta ad accesso casuale. L’unità base di misura della quantità di memoria è il byte (pari a 8 bit), un blocco di memoria capace di contenere al massimo 256 elementi differenti. Nella tabella sottostante sono indicati i multipli del byte usati per indicare la dimensione della RAM e delle altre memorie.

Simbolo Nome Quantità Kb Khilo byte 1.024 byte Mb Mega byte 1.048.576 byte Gb Giga byte 1.073.741.824 byte

Gerarchia di Memoria e Memoria Virtuale

Abbiamo visto che il computer memorizza nella RAM le informazioni che gli servono per poter eseguire i vari programmi. La RAM è però una memoria relativamente piccola ma, soprattutto, è volatile. E’ necessario quindi mantenere memorizzati dati e programmi in un luogo sicuro e capiente come le memorie di massa (Hard Disk, Floppy Disk, CD Rom). Quando accendiamo il computer, il primo programma che viene eseguito è il BIOS attraverso il quale la macchina gestisce gli elementi hardware fondamentali. Subito dopo viene caricato il sistema operativo (DOS, Linux, Windows), un programma che, come vedremo, gestisce le risorse del computer permettendo all’utente di utilizzare altri programmi (programmi applicativi). Questi programmi (come Word, Acces, etc.) vengono prelevati dall’hard disk e messi nella RAM per essere utilizzati dal processore. Per poter velocizzare gli accessi ai dati in memoria si utilizza un altro elemento, normalmente posto tra CPU e RAM, detto cache. La cache altro non è che una memoria molto piccola rispetto alla RAM ma estremamente veloce. In essa vengono memorizzati i dati che, secondo il sistema operativo, verranno utilizzati più frequentemente. Esiste quindi all’interno del computer una vera e propria gerarchia di memoria come mostrato in figura:

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Reti di Computer

Prima che il concetto di rete fosse introdotto nell’informatica, lo scambio di dati fra due computer presentava diverse difficoltà, soprattutto se questi erano distanti. Diverso era il discorso nel caso in cui gli utenti, ad esempio, erano tutti nello stesso palazzo. Esisteva infatti il così detto centro di calcolo dove risiedeva un computer grande e potente collegato a diversi terminali. Più utenti , quindi, condividevano le stesse risorse (processore, hard disk, etc.) e avevano la possibilità di scambiarsi dati. Questo modello aveva però diversi problemi. In primo luogo la condivisione delle risorse portava a rallentamenti dovuti al fatto che, ad esempio, se un utente stava accedendo all’hard disk, un altro utente doveva attendere. Inoltre, nel caso in cui il centro di calcolo si fosse guastato, l’intera struttura era inutilizzabile. Quando poi l’azienda voleva aggiornare il sistema o aggiungere nuovi utenti, avrebbe dovuto cambiare l’intera struttura. Questi e altri problemi, oltre allo sviluppo dei sistemi di comunicazione, portarono a un diverso concetto di collegamento tra computer: la rete di computer. Invece di un unico, grande computer, si pensò di collegare tra loro computer più piccoli, economici e indipendenti. Questo permetteva di condividere risorse solo quando era strettamente necessario. Inoltre un sistema di questo tipo era estremamente affidabile in quanto, se un computer si fosse guastato, il resto della rete avrebbe continuato a funzionare. Era poi possibile aggiungere utenti e aggiornare il sistema mantenendo la stessa architettura della rete. Analizziamo ora la struttura di una rete partendo dai concetti fondamentali:

In figura è rappresentato un computer che si collega a un altro mediante un qualsiasi tipo di collegamento (telefonico, fibre ottiche, satellitare, etc.). Il così detto client è colui che chiede un servizio all’altro computer, detto server. In questo modello la comunicazione generalmente ha la forma di un messaggio di richiesta che parte dal client e arriva al server. Il server esegue il compito richiesto e spedisce al client la risposta. Naturalmente un computer può svolgere entrambi i ruoli, sia quello di client che quello di server.

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Lo sviluppo delle reti ha consentito la realizzazione della più grande e complessa rete di computer al mondo: Internet. Grazie ad essa non solo grandi aziende ma anche singoli cittadini hanno la possibilità di accedere a servizi e risorse completamente inimmaginabili fino a qualche anno fa. Alcuni di quest servizi sono: la posta elettronica, il World Wide Web, le videoconferenze, le chat, etc…

Vediamo ora di approfondire meglio gli aspetti hardware delle reti. Esistono due tipi di tecnologie per la trasmissione:

 Reti a diffusione globale ( broadcast )

 Reti punto-a-punto ( point-to-point )

Le reti broadcast hanno un unico canale di comunicazione che è condiviso da tutte le macchine della rete. Brevi messaggi, detti pacchetti , inviati da una qualsiasi macchina vengono ricevuti da tutte le altre. Un campo indirizzo all’interno del pacchetto indica il computer a cui è diretto. Dopo la ricezione del pacchetto, un computer controlla il campo indirizzo; se coincide con il suo allora lo elabora, altrimenti lo ignora. Al contrario, le reti point to point consistono di molte connessioni fra coppie individuali di macchine. Per andare dal mittente al destinatario, un pacchetto su questo tipo di rete potrebbe dover visitare una o più macchine intermedie. Un altro criterio utilizzato per classificare le reti è legato alla loro scala:

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Se due Router che non condividono un cavo desiderano comunicare, devono farlo in modo indiretto attraverso altri Router intermedi. In questi computer il pacchetto viene ricevuto interamente, memorizzato fino a che la linea di uscita richiesta non risulti libera e quindi viene fatto proseguire. Una sottorete che utilizza questo principio è detta point-to-poit store-and- forward (memorizza e fai proseguire) o sottorete packet switched (commutazione di pacchetto). Quasi tutte le reti geografiche utilizzano sistemi di questo tipo. Quando si utilizza una rete point-to-point, un aspetto importante del progetto riguarda la topologia di interconnessione dei Router. La figura sottostante mostra diversi tipi di topologia:

a) Stella b) Anello c) Albero d) Completa e) Anelli secanti f) Irregolare

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Internetwork Esistono molte reti con hardware e software differenti. Chi si collega a una rete desidera spesso comunicare con persone collegate ad altre reti. Questo necessita di collegare insieme reti diverse e spesso incompatibili, qualche volta usando macchine chiamate gateway per realizzare la connessione e provvedere alle necessarie traduzioni tra i diversi sistemi. Una collezione di reti collegate viene detta internet (con la lettera minuscola). La rete Internet (con la lettera maiuscola) è l’internetwork più grande e complessa del mondo. Una forma comune di internetwork è una collezione di LAN collegate da una WAN. Per poter comunicare tra di loro i computer devono utilizzare delle regole comuni per evitare ambiguità ed errori. Queste regole vanno sotto il nome di protocollo grazie al quale si possono spedire e ricevere dati attraverso la rete. Fondamentalmente un protocollo è un accordo fra i partecipanti a una comunicazione su come essa deve procedere. In una rete è molto importante il concetto di indirizzo. Ogni computer in rete è infatti individuato da un indirizzo univoco. In questo modo un qualsiasi altro computer potrà contattarlo per lo scambio di dati. Vedremo in maniera più approfondita quali protocolli vengono utilizzati in Internet e come viene assegnato l’indirizzo a un computer in rete.

La rete mondiale Internet

All'inizio degli anni '70 il Dipartimento della Difesa americano creò una rete di collegamento chiamata ARPANET che metteva in connessione centri militari e centri di ricerca. Essa era strutturata in modo insolito e finalizzata, tra l'altro, a mantenere i collegamenti anche in caso di attacco atomico. Arpanet funzionava con un criterio di trasmissione dei dati che si chiama TCP/IP (Trasmission Control Protocol/Internet Protocol). La novità tecnologica rispetto alla trasmissione telefonica delle informazioni era che i segnali non erano analogici ma digitali, e che venivano spezzettati in "pacchetti" di segnali ognuno dei quali conteneva l'indicazione del mittente e del destinatario, attraverso opportune sigle. Successivamente iniziarono a collegarsi a questa rete anche le Università e grandi aziende. Stava nascendo la rete globale Internet oggi diffusissima anche tra i singoli cittadini. Internet è quindi sostanzialmente una grande rete di reti che sta crescendo a dismisura e che offre tanti e tali servizi da divenire quasi indispensabile per aziende e per alcune categorie di privati cittadini (liberi professionisti, giornalisti, etc.). Fin’ora abbiamo parlato di pacchetti invece che di dati ma non abbiamo specificato di cosa si tratta. Quando fu inventata Internet ci si rese subito conto che mandare i dati così come erano non era vantaggioso per diversi motivi. In primo luogo in termini di velocità: ogni nodo intermedio avrebbe dovuto